금 나노입자로 세포 배열 유도…이식 후 실제 근육처럼 재생 확인
사람의 근육을 3D프린터로 정교하게 출력해 손상 부위를 재건하는 바이오프린팅 기술이 나왔다.
바이오프린팅은 살아있는 세포에 기반한 바이오 잉크로 3D 프린터를 이용해 신체조직과 장기를 만드는 기술이다.
한국연구재단에 따르면 성균관대 김근형 교수·전남대 의대 장철호 교수 공동 연구팀이 금 나노입자가 포함된 바이오 잉크를 이용해 근섬유 다발을 만들었다.
바이오프린팅 기술의 핵심은 실제 살아있는 세포가 포함된 생체적합성 잉크를 이용해 고유한 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직으로 구현하는 것이다.
특히 근육 조직은 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 만들어야 한다.
기존 바이오프린팅 기술로는 마이크로미터(㎛·100만분의 1ｍ)·나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 단위의 미세한 패턴을 구현할 수 없어 정렬된 근육 조직을 만들기 어려웠다.
연구팀은 금 나노와이어를 이용해 생체 유래 소재인 콜라겐을 바이오 잉크 안에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 인공근육 제작 방식을 제안했다.
원예용 지지대를 따라 식물이 뻗어가는 것처럼 한 방향으로 배열한 금 나노와이어(지금 30nm, 길이 4500nm)를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화해 자라도록 유도했다.
이렇게 만들어진 인공 근육을 실험쥐의 손상된 턱 근육, 측두근에 이식한 결과 8주 후 이식 부위 조직이 실제 근육처럼 재생됐다.
이번 연구의 핵심은 노즐 이동속도와 잉크 유량, 온도 등 복잡한 조건을 최적화해 유체 흐름을 제어하고 전기적 신호를 이용해 나노와이어의 배열성을 조성한 데 있다.
연구팀은 근세포 재상을 유도하는 바이오프린팅 기술이 난치성 근육질환 극복을 위한 실마리가 될 것으로 기대했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters) 지난달 29일 자에 실렸다.
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